티타늄(Ti) 총정리 [티타늄, 티탄, Titanium]

티타늄(Ti) 총정리

1964년 구 소련에서 로켓 하나가 우주공간으로 발사되었다.
이 로켓은 탐사 목적이 아니라 최초로 우주인을 배출한 것을 기념하기 위해 소련 영공에 무한히 떠 있도록 설계된 기념물 이었다. 이 때 과학자들은 이 우주선의 재료로 무엇을 쓸까 고민했는데, 결국 다른 금속들을 제치고 '티타늄(Ti)'이 뽑혔다. 그 이유는 이 상징물이 가질 원래 목적대로 무한히 후대까지 모양이 변하지 않고 전해지기 위해서는 '티타늄' 만한 것이 없었기 때문이다.
이 만큼 티타늄이 지닌 금속재료로서의 우수성은 뛰어난데, 그 이유를 찾아 떠나보자!

 

<< 순수한 '티타늄'이 얻어지기 까지 >>

티타늄 현미경 확대 이미지

'티타늄' 이라는 이름은 1795년 발견자인 독일의 화학자 '마틴 클라프로스'에 의해 붙여진 것으로, 신화 속 지구의 아들인 '타이탄'에서 따왔다. 그러나 이렇게 아름다운 이름에도 불구하고 이 금속은 오랫동안 주목받지 못했다.
그 이유는 발견되는 금속의 형태가 산소를 포함한 하얀색 가루인 '이산화티타늄'이었는데, 이 화합물에서 순수한 티타늄을 분리해 내기란 여간 어려운 일이 아니었다. 티타늄과 산소가 너무 꼭 달라붙어 있었기 때문이었다.

많은 유명 화학자들이 산소를 떼어내는 일에 도전 했지만 번번히 실패하였다.
1910년에 이르러 순수한 티타늄 수 g을 겨우 얻긴 했지만, 이 마저도 불순물을 미량 포함하고 있었다. 이 때문에 티타늄은 잘 깨지기 쉬운 쓸모없고 무익한 금속이란 오명을 얻게 되었다. 이 오명은 1940년에 와서 고순도의 '티타늄'을 만드는 방법이 개발되면서 마침내 벗을 수 있었다.
이 방법은 '염소'를 이용하여 1차적으로 이산화티타늄 속의 산소와 자리바꿈을 시킨 다음, 염소는 다시 '요드'로 변환시켜 진공 상태에서 날려 버리는 복잡한 과정이었다. 

 

티타늄정밀주고공정

<< 티타늄! 놀라운 특성을 발휘하다 >>  

티타늄은 현재 강도 면에서 산업적 금속 중에는 견 줄 상대가 없다. 철에 비해 무게는 두배나 가볍지만, 강도는 4배 단단하다. 다방 면에 쓰이고 있는 '알루미늄'의 경우, 티타늄 보다 조금 가볍지만 강도는 6배나 약하다. 특히 알루미늄 합금은 300도 가 넘는 고온이 되면 강도가 현격히 떨어지지만 티타늄합금은 특유의 강도를 유지한다.

뿐만 아니라 알루미늄 보다 18배나 유연한 성질을 가지고 있어, 부하를 계속받는 기계 부품에 사용 했을 때 놀라운 성능을 발휘한다. 이와같은 특성으로 인해 우주항공산업의 발전은 티타늄이 있어 가능했다고 해도 과언이 아니다.
일반 비행기에는 알루미늄합금인 '두랄루민'이 사용되지만, 초음속 여객기인 '콩코드'나 전투기의 부품은 대부분 티타늄합금으로 구성되어 있다. 로켓의 연료인 초저온의 액체산소나 액체수소를 보관하는 탱크는 티타늄 만이 가능하다.

티타늄의 우수성은 여기에 그치지 않는다. 염소, 황산, 질산 등 화학물질에 대한 저항성도 뛰어나 화학공장의 각종 펌프나 노즐, 배기관 등에 적용했을 때 스테인리스강 보다 수명이 10배 이상 오래 간다.
또한 금속에서 가장 큰 적인 부식에도 강해 티타늄판을 바닷물 속에 10년 동안 넣어 두어도 한 점의 녹도 생기지 않는다. 미 해군이 티타늄을 전략적으로 비축하는 것도 이 때문이다. 

우리회사에서도 '316Ti' '304Ti' 등 티타늄을 첨가한 강들이 생산되고 있는데, 이 강종으로 만든 소재는 일반의 스테인리스 강 보다 고온강도나 내식성이 더욱 요구되는 부품으로 사용한다. 제강작업 중 산소를 제거하는 '탈산제'로도 티타늄을 사용하는데, 산소만 보면 달라 붙을려는 성질이 강해 탈산력이 보통의 탈산제인 '실리콘' 보다 10배 정도 우수하다.

 

<< 티타늄의 밝은 미래 >>

앞서 설명한 것처럼 티타늄은 매우 우수한 특성으로 인해 각광받고 있지만, 용도에 비해 공급량이 적어 가격이 매우 비싸다. 사실 지구상에 존재하는 티타늄의 양은 우리가 흔히 알고있는 다른 비철금속인 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 납 을 합친 것보다 많다. 그런데도, 매우 복잡하고 어려운 정제과정으로 인해 소량만이 생산되어 비싼 것이다.

오늘날 많은 과학자들과 전문 연구소들이 티타늄을 보다 싼 가격으로 대량 생산할 수 있는 방법을 찾고 있다. 조만간 이 금속은 속살을 드러내게 될 것이고, 이것은 금속재료의 혁명을 몰고 올 것이다. 가게에서 티타늄과 티타늄합금으로 만들어진 탁자세트와 부엌가구를 구입하는 장면을 보는 것도 먼 미래의 일만은 아니다.